噻吩类化合物的合成以及在DSSC中的应用研究

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染料敏化太阳电能池由于其制备工艺简单,制造成本低廉,成为近年来太阳能光电转换领域的研究热点。本文在大量文献调研的基础上,重点研究了聚合物在染料敏化太阳电能池中的应用,主要工作如下:   1.采用光照化学氧化聚合法制备出低聚3-噻吩甲酸-碳纳米管复合物,通过光谱和电化学等技术对该复合物进行了详细的表征。结果显示,复合物为低聚3-噻吩甲酸包覆在碳纳米管上,形成以碳纳米管为“核”,低聚3-噻吩甲酸为“壳”的“核-壳”结构。此外,碳纳米管的掺入,使复合物的导电性能和热稳定性能得到显著提高。将低聚3-噻吩甲酸-碳纳米管复合物应用于制备全固态染料敏化太阳能电池,表现出较纯低聚3-噻吩甲酸优异的光电转换性能。通过优化当以C电极为对电极时,较使用铂对电极可以明显增大电池的填充因子及光电转换效率。其中碳纳米管含量为15.7%的聚3-噻吩甲酸-碳纳米管复合材料的光电转换效率(η)最大,为0.28%,开路电压(V0c)549mV,短路电流(Isc)0.747mA/cm2,并发现聚合物的导电性对光电转换性能有所影响。   2.通过化学合成,合成了四种3-噻吩甲酸衍生物分子以及四种低聚3-噻吩甲酸衍生物分子,采用红外光谱、紫外光谱、电化学技术等对该染料进行了详细的表征。结果表明,低聚3-噻吩甲酸衍生物对纳晶二氧化钛膜电极具有一定的敏化能力,以其为染料敏化剂组装的太阳能电池的光电转换效率最高为0.153%,且较聚合前的光电效率高出近3~6倍。   3.设计、合成新的染料敏化分子,以噻吩环为母体,引入了双键、吡啶环、磺酸基团,又将小分子设计成大分子。磺酸基团(-S03H)加强了与纳晶二氧化钛膜电极的结合,双键拓宽可见光吸收范围,吡啶环上N原子与过渡金属离子配位,生成配位聚合物,增强电子传输能力。由于时间原因,目前已经成功合成到小分子阶段。
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